Problèmes avec le joint verre-métal dans l'électronique

Prévenir et détecter les défauts de surface avant qu'ils ne deviennent un problème

L'étanchéité verre-métal est un phénomène véritablement essentiel en électronique, utilisé dans la fabrication d'une large gamme de produits. De l'ampoule à incandescence "à l'ancienne" (mais toujours omniprésente) aux tubes à vide, tubes à décharge électrique et diodes à semi-conducteurs, aux interrupteurs à lames des ordinateurs portables et des téléphones à clapet, et à peu près n'importe quel boîtier métallique de composants électroniques - sans le verre hermétique au joint métallique, nos vies technologiques seraient sans aucun doute très différentes.

Dans toutes ces applications, il est essentiel de s'assurer qu'il n'y a pas de fuites pour produire un joint étanche au vide dans les assemblages à travers lesquels l'électricité sera conduite. Pourtant, les fuites constituent un risque réel du simple fait que, en général, le métal se dilate à un rythme et le verre à un autre, créant des contraintes mécaniques lors du processus de fusion utilisé pour créer le joint verre-métal. Lorsque le métal se dilate plus vite que le verre, le verre peut se fissurer; lorsque le métal se dilate plus lentement que le verre, des espaces peuvent se produire.

Quels sont certains des problèmes d'un joint verre-métal ?

Alors que la relation entre la dilatation du verre et du métal n'est qu'un facteur parmi d'autres (en fonction de l'application spécifique), s'assurer que la dilatation des deux matériaux est compatible est crucial pour créer un joint verre-métal qui fait son travail. Cependant, avec différents verres et métaux ayant des coefficients de dilatation différents, les contraintes mécaniques - et donc les fuites - peuvent sembler inévitables.

Nous laisserons la discussion sur le choix du verre et le développement de verres exclusifs à utiliser dans un joint verre-métal aux experts en verre. Cependant, nous pouvons dire que différents verres varient dans leur écoulement, leurs densités, leurs impuretés et d'autres caractéristiques qui peuvent avoir un impact sur la résistance et la viscosité du verre. De plus, les irrégularités de la surface du verre affectent sa résistance et créent des contraintes et des variations qui peuvent entraîner des fissures et éventuellement une défaillance du joint verre-métal.

De même, avec tout métal choisi pour être utilisé dans un joint verre-métal, le problème numéro un est de savoir si le métal présente une fissure sous la surface ou un état de surface extérieur qui pourrait compromettre l'intégrité du joint. La partie délicate ici est qu'une fissure peut être évidente - OU, elle peut être difficile à voir et pas évidente du tout. Il peut y avoir un problème latent qui n'est pas encore une fissure, mais qui se développera lorsque de la chaleur sera appliquée pour former le joint verre-métal. Il peut y avoir une minuscule imperfection ponctuelle ou une minuscule fissure longitudinale qui se transformera en une fissure à part entière avec des cycles thermiques répétés. Même une condition de finition de surface telle que de légères lignes de matrice à la surface du métal peut entraîner des fissures et, finalement, des fuites dans le joint verre-métal.

La bonne nouvelle est que des mesures peuvent être prises pour détecter ou prévenir les fissures et autres problèmes de finition de surface métallique qui empêcheraient un joint hermétique verre-métal et un produit final stable.

Comment pouvons-nous détecter des problèmes de surface dans le métal utilisé pour un joint verre-métal ?

Le test par courants de Foucault (ECT) est un processus complexe avec de nombreux aspects intéressants et un large éventail d'applications. Parmi ceux-ci, il s'agit d'une méthode largement utilisée et efficace pour inspecter les défauts de surface des pièces métalliques, y compris la tige ronde, le ruban plat et les tubes capillaires utilisés dans un joint verre-métal.

ECT utilise l'induction électromagnétique pour détecter et caractériser les défauts de surface et de sous-surface dans les matériaux conducteurs ; il est également utilisé pour effectuer des mesures d'épaisseur et de conductivité. En termes très simples, une bobine est utilisée pour produire un champ magnétique oscillant qui, lorsqu'il est appliqué à un matériau de test conducteur, induit un courant de Foucault. La présence de défauts dans l'objet à tester, ainsi que des variations de sa conductivité électrique et de sa perméabilité magnétique, provoque des modifications correspondantes du courant de Foucault. En mesurant les changements de phase, de fréquence, d'amplitude, d'impédance et d'autres caractéristiques, l'ECT ​​détecte les défauts, notamment les piqûres, les fissures et la corrosion.

Il existe diverses techniques ECT, y compris le test de courant de Foucault absolu, dans lequel une sonde avec une seule sonde de bobine de test est utilisée pour générer le courant de Foucault et détecter les changements dans le champ de courant; les tests différentiels par courants de Foucault, qui utilisent deux bobines actives et peuvent être plus sensibles aux défauts ; et même des combinaisons des deux, ainsi que d'autres types de sondes et de méthodologies. (Si vous souhaitez en savoir plus sur cet ensemble de compétences métallurgiques obscur mais important, n'hésitez pas à appeler Metal Cutting Corporation.)

Comment pouvons-nous éviter les espaces qui causent des fuites dans un joint verre-métal ?

Il existe également des procédés de fabrication qui peuvent être appliqués à la surface du métal utilisé dans un joint verre-métal, afin de modifier la surface du métal et de réduire la probabilité d'espaces susceptibles de provoquer des fuites. Par exemple, nous pouvons utiliser la rectification sans centre pour modifier la finition de surface du diamètre extérieur de la tige métallique. En changeant la surface des caractéristiques longitudinales aux caractéristiques radiales qui sont perpendiculaires à la longueur de déplacement du fil, la surface du sol sans centre agit comme plusieurs "obstacles" qui permettent au verre d'adhérer et d'empêcher les points de fuite longitudinaux.

En combinant des étapes préventives comme celle-ci avec une bonne conception, une ECT minutieuse et une inspection visuelle des pièces pour les fissures et les défauts de surface, et le bon partenaire contribue grandement à garantir que le joint verre-métal est étanche à l'air le premier jour et le reste. En fin de compte, vous pouvez être assuré que les composants électroniques critiques sont testés à 100 % tout au long de la chaîne d'approvisionnement, à l'aide de divers tests sophistiqués de gravure et de fuite à l'hélium, ce qui est sans doute le test ultime pour déterminer s'il y a une fuite dans un appareil électronique.

Êtes-vous à la recherche d'un nouveau partenaire pour les composants électroniques ou d'autres exigences en matière de pièces ? Téléchargez une copie gratuite de notre guide sur l'externalisation, 7 secrets pour choisir un nouveau partenaire contractuel :guide technique pour l'externalisation de votre fabrication métallique de précision.